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均相离子交换膜
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2024/5/5 18:16:40 阅读:82次 【字体:
 
均相离子交换膜
作者中国化工学会组织编写 徐铜文、蒋晨啸 等 著

《均相离子交换膜》是“先进化工材料关键技术丛书”(第二批)的一个分册。 本书基于作者团队多年研究经验与实践成果的积累,系统介绍了均相离子交换膜的概况、国内外研究前沿、离子膜制备新工艺、规模化生产技术及工业应用。内容包括:绪论、基础理论及表征方法、侧链工程学制备均相离子交换膜、聚酰基化制备均相离子交换膜、超强酸催化制备均相离子交换膜、超分子化学组装制备均相离...
¥199.00
丛书名: 先进化工材料关键技术丛书
ISBN: 978-7-122-42902-5
版次: 1
出版时间: 2023-09-01
精彩书摘
《均相离子交换膜》是“先进化工材料关键技术丛书”(第二批)的一个分册。
本书基于作者团队多年研究经验与实践成果的积累,系统介绍了均相离子交换膜的概况、国内外研究前沿、离子膜制备新工艺、规模化生产技术及工业应用。内容包括:绪论、基础理论及表征方法、侧链工程学制备均相离子交换膜、聚酰基化制备均相离子交换膜、超强酸催化制备均相离子交换膜、超分子化学组装制备均相离子交换膜、自具微孔均相离子交换膜、新型微孔框架离子分离膜、均相离子交换膜组件设计及工程应用实例。
本书是多项国家和省部级科技奖、国际发明专利奖成果的总结,适合材料、化工领域,尤其是膜材料领域科研和工程技术人员阅读,也可供高等院校高分子、功能材料、化工及相关专业师生参考。
目录
第一章 绪论    001
第一节 离子交换膜的定义及分类    002
一、离子交换膜的定义    002
二、离子交换膜的分类    002
第二节 离子交换膜的发展历史    008
第三节 离子交换膜主要应用领域    013
一、能量转化与存储    013
二、物质转化与产物分离    025
三、水处理    038
第四节 离子交换膜制备    038
一、侧链工程学制备均相离子交换膜    040
二、聚酰基化制备均相离子交换膜    040
三、“无醚”聚合物离子交换膜的开发    041
四、超分子化学组装制备均相离子交换膜    042
五、自具微孔离子交换膜的开发和应用    042
第五节 离子交换膜展望    043
参考文献    046

第二章 基础理论及表征方法    051
第一节 均相离子交换膜技术基本原理    052
一、Donnan平衡理论    052
二、传质过程理论    054
三、过程极化    058
第二节 离子交换膜基本参数及表征    073
第三节 面向能源应用领域离子交换膜的参数及表征    080
一、燃料电池隔膜表征方法    080
二、液流电池隔膜表征方法    084
三、电解水制氢隔膜表征方法    086
参考文献    087

第三章 侧链工程学制备均相离子交换膜    089
第一节 侧链工程学概述    090
一、Nafion的结构-形貌    090
二、接枝型聚合物微相分离    091
第二节 侧链离子交换膜结构设计    092
一、侧链阳离子交换膜结构设计    092
二、侧链阴离子交换膜结构设计    108
第三节 侧链离子交换膜交联    120
一、通过不饱和端基交联制备自交联型离子聚合物    120
二、侧链氢键交联     121
三、互穿网络    122
第四节 侧链离子交换膜功能基团设计    122
一、侧链阳离子交换膜功能基团设计    122
二、侧链阴离子交换膜功能基团设计    122
第五节 侧链离子交换膜微观形貌    126
一、侧链阳离子交换膜微相分离    126
二、侧链阴离子交换膜微相分离    128
第六节 侧链离子交换膜应用性能评价    130
一、燃料电池    130
二、扩散渗析    132
三、电渗析    132
第七节 小结与展望    133
参考文献    134

第四章 聚酰基化制备均相离子交换膜    143
第一节 聚酰基化反应概述    144
一、聚醚酮/聚醚砜类材料合成原理    144
二、聚酰胺类/聚酰亚胺类材料合成原理    146
三、酸性介质和反应条件对反应的影响    150
第二节 聚酰基化制备阳离子交换膜    151
一、聚酰基化制备聚醚酮类阳离子交换膜    151
二、聚酰基化制备聚酰亚胺类阳离子交换膜    156
三、聚酰基化/杂环化制备聚苯并咪唑阳离子交换膜    161
第三节 聚酰基化制备阴离子交换膜    165
一、聚酰基化制备侧链季铵型聚醚酮阴离子交换膜    165
二、聚酰基化制备主链含冠醚的侧链季铵型聚醚酮阴离子交换膜    169
第四节 聚酰基化制备离子交换膜应用性能评价    170
一、质子交换膜燃料电池    170
二、碱性燃料电池    178
参考文献    179

第五章 超强酸催化制备均相离子交换膜    185
第一节 概述    186
第二节 超强酸催化制备聚合物    187
一、超强酸催化作用    187
二、超强酸催化在聚合物制备中的应用    190
第三节 超强酸催化制备离子交换膜    194
一、超强酸催化法制备离子交换膜的意义及优势    194
二、超强酸催化制备阴离子交换膜    199
三、超强酸催化制备质子交换膜    223
第四节 超强酸催化制备离子交换膜应用性能评价    227
一、燃料电池    227
二、碱性膜电解水制氢    233
第五节 小结与展望    239
参考文献    240

第六章 超分子化学组装制备均相离子交换膜    243
第一节 概述    244
第二节 超分子化学构筑均相离子交换膜    245
一、π-π作用构筑均相离子交换膜    245
二、氢键作用构筑均相离子交换膜    247
三、离子-偶极作用构筑均相离子交换膜    249
四、主客体作用构筑均相离子交换膜    267
第三节 自组装类均相离子交换膜应用性能评价    279
一、氢键作用促进H+选择性渗透    279
二、离子-偶极作用网络促进燃料电池性能    281
第四节 小结与展望    282
参考文献    283

第七章 自具微孔均相离子交换膜    285
第一节 自具微孔均相离子交换膜概述    286
第二节 自具微孔聚合物的制备    287
一、二苯并二氧己环型    287
二、Tr?ger’s Base型    292
三、聚酰亚胺型    294
四、聚氧杂蒽型    298
五、其他类型    299
第三节 自具微孔聚合物的荷电化制备均相离子交换膜    306
一、氰基的水解与氨肟化制备均相离子交换膜    307
二、季铵化反应制备均相阴离子交换膜    310
三、磺化反应制备均相阳离子交换膜    314
第四节 自具微孔均相离子交换膜的应用性能评价    315
一、燃料电池    316
二、液流电池    320
第五节 小结与展望    326
参考文献    327

第八章 新型微孔框架离子分离膜    333
第一节 概述    334
第二节 新型微孔框架离子分离膜    336
一、金属有机框架膜    336
二、共价有机框架膜    350
三、多孔有机笼膜    370
第三节 微孔框架离子分离膜应用性能评价    378
第四节 小结与展望    379
参考文献    380

第九章 均相离子交换膜组件设计及工程应用实例    389
第一节 均相离子交换膜组件设计    390
一、扩散渗析器    390
二、电渗析器    396
第二节 酸回收应用案例    412
一、项目背景    412
二、电子刻蚀(电极箔行业)废酸回收    412
三、湿法加工业废酸回收    413
第三节 碱回收    413
第四节 黏胶纤维应用实例    414
一、碱法浆压液电渗析工艺生产木糖    415
二、利用电渗析技术处理碱法浆压液优势    417
第五节 冶金行业应用实例    417
一、冶金行业污酸废水电渗析工艺    417
二、电渗析处理污酸废水工艺    418
三、利用电渗析技术处理污酸废水优势    420
第六节 高盐废水处理实用案例    420
一、电渗析处理氯化铵废水工艺    420
二、利用电渗析技术处理高盐废水优势    422
第七节 小结与展望    422
参考文献    42
索引    425


编辑推荐
膜技术是当代新型高效分离技术,是多学科交叉的产物,是解决人类能源、资源与环境危机的重要手段。 离子交换膜广泛应用于氯碱工业、电解水制氢、盐湖提锂、湿法冶金、电子刻蚀、水处理、海水淡化、废弃物资源化、燃料电池、液流电池等。均相离子交换膜具有电阻低、结构稳定、成本低廉的特点,是离子交换膜领域的发展重点。 本书是多项国家和省部级科技奖、国际发明专利奖成果的结晶,如获得国家科技技术发明奖的“均相离子膜制备关键技术及应用”,获得中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖的“面向工业废酸回收的渗析阴膜及其应用技术开发”、“电渗析膜、膜组器及酸碱盐废水资源化”等。 本书编著过程重视离子膜材料基本原理及工程应用,不论是对相关领域的技术研发、生产管理的从业者还是高等院校的广大师生,都有较强的指导作用和参考价值。
图书前言
实现碳达峰、碳中和,是我国实现可持续发展、高质量发展的内在要求,也是推动构建人类命运共同体的必然选择。实现“双碳”目标的核心在于控制碳排放总量,其主要路径包括两大方面:(1)在能源生产端,推动化石能源的清洁高效利用,推动光伏、核电、风电、盐差能等非碳清洁能源的替代,实现从高碳向低碳到零碳转变;(2)在能源消耗端,推动节能减排及提效降耗,推动二氧化碳等温室气体的捕集、利用和转化,实现从高能耗向低能耗到零能耗转变。
膜技术是当代新型高效分离技术,是多学科交叉的产物,亦是化学工程学科发展的新增长点,在工业中得到了极为广泛的应用,并将成为解决人类能源、资源与环境危机的重要手段。离子交换膜作为化工新材料,广泛应用于氯碱工业、电解水制氢、盐湖提锂、湿法冶金、电子刻蚀、水处理、海水淡化、废弃物资源化、燃料电池、液流电池等。均相离子交换膜具有电阻低、结构稳定、成本低廉的特点,是离子交换膜领域发展的重点。
本书作者团队长期从事均相离子交换膜材料及相关过程的开发,在国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年基金项目以及科技部“863计划”重点项目等持续支持下,徐铜文教授及其团队历时二十余年,围绕均相离子交换膜绿色化、低成本化生产和工业化应用开展系统深入的研究,发明了多硅共聚物离子膜制备技术、溴化-胺化离子膜制备技术、无溶剂原位聚合离子膜制备技术及板式(电)渗析膜组件制备技术,实现离子膜的高性能化和系列化开发,避免传统离子膜制备中氯甲醚、氯磺酸和大量溶剂的使用,形成具有完全自主知识产权的均相离子交换膜制备及应用技术,打破了发达国家技术封锁和价格垄断,取得了明显的经济效益和社会效益,推动了我国离子膜材料基础和应用研究的发展。研究团队曾获国家技术发明二等奖和多项省部级科技进步一等奖。如获得2018年度国家技术发明奖的“均相离子膜制备关键技术及应用”,获得中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖的“面向工业废酸回收的渗析阴膜及其应用技术开发”“电渗析膜、膜组器及酸碱盐废水资源化”等。
本书是作者团队在《离子交换膜的制备与应用技术》(2008年,化学工业出版社)基础上的又一部离子膜方面的专著。本书立足于团队在新型离子膜制备和应用研究的成果和技术资料,涵盖了笔者团队近十年来国家重点研发计划(2020YFB1505601、2018YFB1502301、2012CB932802)、国家自然科学基金重点和重大项目课题(22038013、U20A20127、91534203、21490581、20636050)、国家杰出青年基金和优秀青年基金课题(21025626、21522607、21922510、22122813)、国家自然科学基金重点国际合作课题(21720102003)以及安徽省重大研究计划(17030901079、18030901079、202003a05020052、202103a05020008)和中科院的相关研究计划课题的研究成果。全书共九章,由徐铜文负责统筹全书框架设计、编制提纲目录、设置编写要求,并对全书初稿进行修改定稿。第一章绪论由徐铜文、汪耀明、蒋晨啸撰写,徐铜文统稿;第二章基础理论及表征方法由蒋晨啸撰写,徐铜文统稿;第三章侧链工程学制备均相离子交换膜由冉瑾撰写,徐铜文统稿;第四章聚酰基化制备均相离子交换膜由葛亮撰写,徐铜文统稿;第五章超强酸催化制备均相离子交换膜与第六章超分子化学组装制备均相离子交换膜由葛晓琳撰写,徐铜文统稿;第七章自具微孔均相离子交换膜由杨正金撰写,徐铜文统稿;第八章新型微孔框架离子分离膜由李兴亚撰写,吴亮统稿;第九章均相离子交换膜组件设计及工程应用实例由汪耀明、蒋晨啸撰写,徐铜文统稿;蒋晨啸负责了全书撰写过程中的统筹、联系、校对等。除了上述直接参与撰写的团队成员外,在本研究团队学习的研究生和博士生为本书的部分成果付出了辛勤的劳动,他们是已毕业的博士生傅荣强、吴翠明、汤蓓蓓、张亚萍、黄川徽、薛艳红、吴丹、吴永会、刘俊生、李远、郝建文、林小城、王娜、张正辉、卫艳新、张旭、崔梦冰、王晓林、伍斌、苗继斌、Muhammad Masem、姚子露、葛倩倩、潘杰锋、程从亮、贺玉斌、罗发宝、Abhishek Narayan Mondal、Noor、Shehzad、侯剑秋、徐婷婷、Muhammad Irfan、左培培、卫新来、周佳慧、盛方猛、陈秉伦、颜海洋、肖新乐、刘亚华;毕业的硕士生张绍玲、罗静艺、赵越、刘小菏、潘麒、纪文根、胡敏、祝渊、刘雅芝、张建军、张东钰、陈倩茹、王鑫等。
我还要特别感谢恩师何炳林院士,是他将我引入离子交换膜的研究领域。冉瑾、蒋晨啸、李兴亚、吴亮、汪耀明、葛亮、杨正金等参与了本书部分章节的审稿工作。本书还参考了国内外同行文献,在此一并表示衷心的感谢。 
本书力求理论与实践紧密结合,展现化学在材料制备中的艺术魅力、材料在过程工业中的应用魅力,以确保展现学术性、系统性、原创性、新颖性和实用性。限于笔者水平,加之参写人员众多,水平有限,难免有疏漏之处,敬请广大读者批评指正。
2022年6月于中国科学技术大学
作者简介
徐铜文,中国科学技术大学讲席教授、博士生导师,中国化工学会会士,享受国务院政府特殊津贴。1989年、1992年分别获得合肥工业大学学士和硕士学位,1995年获天津大学博士学位,1997年南开大学博士后出站加入中国科技大学工作至今,期间先后在东京大学、东京工业大学、韩国光州科技研究所访问研究。兼任民建科大支部主委。他先后入选教育部“长江学者”特聘教授,国家杰出青年科学基金获得者,国家重点研发计划首席科学家,国家百千万人才工程,中科院王宽诚产研人才计划;目前担任中国膜工业协会电驱动膜专委会主任,Journal of Membrane Science编辑、《化工学报》等期刊编委,曾担任国家自然科学基金委员会第13-14届化学工程学科评审组成员,高等学校应用化学与化工基础教学改革联合协作组成员;在Adv Mater, Angew Chem Int Ed, J Am Chem Soc, Chem, Nat Commun, Energy environ sci, AIChE J等期刊发表论文500余篇,2014以来连续入选Elsevier高被引作者名单。出版中文专著三部,主编英文专著3部,受邀撰写中英文专著有关章节30余章。获得授权发明专利80余项,部分成果已经推广应用。获得国家技术发明二等奖1次(排1),省部级及行业协会一等奖5次、二等奖2次。他还先后获得中国科大-唐立新优秀学者奖、侯德榜化工科学技术(创新)奖、合芜蚌自主创新综合试验区创新人才奖、安徽省青年科技奖、全国优秀化工科技工作者、中国科大海外校友基金会优秀青年教师奖、中国石油化工协会创新团队奖、民建全国优秀会员等荣誉,2019年获中共中央、国务院、中央军委颁发的庆祝中华人民共和国成立70周年纪念章。
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